Лабораторный практикум по почвоведению и географии почв: учебно-методическое пособие 9786010400450

Citation preview

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. АЛЬ-ФАРАБИ

А. А. Науменко ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ПОЧВОВЕДЕНИЮ И ГЕОГРАФИИ ПОЧВ Учебно-методическое пособие для студентов университета по специальностям «география» «геоэкология», «землеустройство», «земельный кадастр»

Алматы «Қазақ университеті» 2013

 

 

УДК 631.4(07) ББК 40.3я7-5 Н 341 Рекомендовано Учёным советом факультета географии и природопользования и РИСО КазНУ им. аль-Фараби

Рецензенты: доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник отдела экологии почв Института почвоведения и агрохимии им. У.У. Успанова Э.К. Мирзакеев академик РАЕН, доктор биологических наук, профессор Алматинского филиала Санкт-Петербургского гуманитарного университета С.Н. Нелидов кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник отдела географии и генезиса почв Института почвоведения и агрохимии им. У.У. Успанова Н.А. Алтынбекова

Науменко А.А. Н 341 Лабораторный практикум по почвоведению и географии почв: учебно-методическое пособие для студентов университета по специальностям «география», «геоэкология», «землеустройство», «земельный кадастр». – Алматы: Қазақ университеті. 2013. – 65 c. ISBN 978-601-04-0045-0 В пособии предлагается комплект лабораторных работ по изучению основных свойств почв и интерпретации результатов их физикохимических анализов, даются методические рекомендации по изучению и эколого-генетическому анализу обзорных почвенных карт Казахстана, России и мира. Рекомендуется необходимая дополнительная литература. Предназначено студентам и преподавателям вузов специальностей «география», «геоэкология», «землеустройство», «земельный кадастр». УДК 631.4(07) ББК 40.3я7-5 © Науменко А.А., 2013 © КазНУ им. аль-Фараби, 2013

ISBN 978-601-04-0045-0

 

 

ВВЕДЕНИЕ Почва – один из важнейших элементов экологической системы Земли. Наряду с солнечным светом, водой, температурой воздуха, среды она – компонент внешней среды жизнедеятельности человека. Будучи одним из элементов биосферы, почва во многом определяет гигиеническое состояние внешней среды, оказывая большое влияние на состояние здоровья людей и санитарногигиенические условия жизни. В решении всех проблем, связанных с получением урожая, в искании множества наук, связанных с изучением биосферы, проведением мелиораций, экологии, агрономии, лесоведения, землеустройства, климатологии, метеорологии, необходимы знания почвоведения. И, естественно, ни один географ или эколог не может стать высококвалифицированным специалистом, не усвоив основ науки о почве. Согласно современным представлениям, почвоведение – самостоятельная естественно историческая наука, предметом изучения которой является почва, её происхождение, развитие, строение, состав и свойства, закономерности распространения на поверхности суши, формирование и развитие плодородия. Основная цель пособия – оказать методическую помощь студентам при характеристике морфологических особенностей и основных свойств почв как особых тел природы и средства сельскохозяйственного производства, научить студентов читать и интерпретировать результаты химических и физико-химических анализов почв, также оказать содействие в изучении и анализе обзорных почвенных карт Казахстана, России и мира. Предлагаемый материал, безусловно, будет полезным при полевых исследованиях и камеральной обработке аналитических материалов1.

                                                        1

Подробно об этом см.: 1. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функция почв в биосфере и экосистемах. – М.: Наука, 1990. 280 с. 2. Никитин Е.Д. Современное почвоведение и сохранение биосферы //Почвоведение. – 1991. – №4 – С.59-69. 3. ЕвдокимоваТ.И. Почвенная съёмка. – М.: МГУ, 1981.

3 

 

Пособие является дополнением к основному курсу. Поэтому вопросы теории здесь рассматриваются в самой сжатой форме для увязки с лекционным материалом и предшествуют изложению конкретного практического задания. Оно включает описание наиболее простых методов физического, химического, а также лабораторно-морфологического изучения почв, методы обработки аналитических данных, их табличное и графическое оформление. В процессе выполнения заданий следует развивать творческий подход и ориентироваться на дальнейшее совершенствование приёмов и методов работы на привлечение новейшей научной литературы. Важнейшая задача при этом – научиться свободно читать и интерпретировать результаты основных химических и физико-химических анализов почв. Уметь анализировать и определять по картографическим материалам атласов экологические условия формирования различных типов почв. Задание считается выполненным, если оно имеет верный ответ, аккуратно оформлено (включая графику) в специальной тетради, а студент хорошо владеет соответствующими практическими навыками и теоретическими знаниями.

 

 

Часть I ИЗУЧЕНИЕ И АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ПОЧВ

Каждая почва состоит из органических, минеральных и органоминеральных комплексных соединений. Основным источником минеральных соединений в почвах являются почвообразующие породы. Минеральное вещество составляет 80-90% всего веса почвы. Органические соединения почвы формируются в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. В процессе почвообразования происходит накопление органического вещества на поверхности почвы и в ее верхних горизонтах. Разное соотношение процессов поступления растительных и животных остатков в почву и процессов их преобразования, а также разная напряженность этих процессов приводят к тому, что характер горизонтов накопления органического вещества отличается большим разнообразием. Растительные и животные остатки, попадая в почву, претерпевают сложные изменения. Часть их полностью распадается до углекислоты, воды и простых солей (процесс минерализации). 5 

 

Другая часть преобразуется в сложные новые специфические органические вещества самой почвы – гумусовые вещества (процесс гумификации). Совокупность же специфических и неспецифических органических веществ почв, растительных и животных остатков разной степени разложения, кроме тех, которые еще не утратили тканевого строения, получила название гумуса, или перегноя. Гумусовые вещества почвы состоят из гуминовых кислот, фульвокислот и гумина. Соотношения между ними определяют качественную характеристику гумуса разных типов почв. Обычно учитывается отношение углерода гуминовых кислот (Сг) к углероду фульвокислот (Сф). В том случае, когда это отношение меньше 1, гумус фульватный; когда отношение Сгк: Сфк больше 1 – гумус гуматный. Почвенные горизонты обычно характеризуются содержанием гумуса в процентах. Перегнойные и торфяные горизонты характеризуются потерей при прокаливании. Потеря при прокаливании – убыль в весе почвы при нагревании ее до 450-500°С при свободном доступе воздуха за счёт потери воды и органических веществ – выражается также в процентах. Следующей важной характеристикой химических свойств почв является степень их кислотности. Она определяется в суспензиях, полученных при взбалтывании почв с водой (актуальная кислотность) или раствором КCl (обменная кислотность), и выражается в единицах pH. По величине степени кислотности различают кислые, нейтральные и щелочные почвы. В зависимости от степени кислотности определяют нуждаемость почв в известковании или гипсовании и нормы внесения извести и гипса. Одной из важнейших сторон почвообразования является образование почвенных коллоидов и формирование почвенного поглощающего комплекса, способного удерживать катионы кальция, магния, натрия, калия, аммония, алюминия, железа и водорода в обменном и необменном состоянии. Общее количество поглощенных оснований Са**, Mg**, Na*, К*, NH4 называют суммой поглощенных оснований. Эту величину выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы (мгэкв на 100 г почвы). Суммарное количество всех обменных катионов называют емкостью поглощения или емкостью обмена и также выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Такие же 6 

 

характеристики имеет поглощение почвами анионов – Сl'1, NO'3, SO'4, РО'4, OH'. Наличие в составе поглощенных катионов водорода и алюминия обусловливает гидролитическую кислотность почв, величина которой также выражается в мг-экв на 100 г почвы. Отношение суммы поглощенных оснований к величине суммы поглощенных оснований плюс гидролитическая кислотность, выраженное в процентах, называют степенью насыщенности почв основаниями или насыщенностью. По величине степени насыщенности почв основаниями решают вопрос о нуждаемости почв в известковании, необходимых количествах извести и о формах внесения минеральных удобрений. Одна из основных характеристик вещественного состава минеральной части почвы и его изменения в результате почвообразования может быть получена в итоге определения валового состава. Основные компоненты минеральной части почв – SiO2 – окись кремния (кремнекислота, кремнезем) и R2O3 – полуторные окислы. По изменению их содержания в профилях почв, сформированных на однородных, неслоистых породах, можно судить о наличии или отсутствии дифференциации почвенного профиля. Это прослеживается как по изменению абсолютного содержания окислов в разных горизонтах почвы (SiO2%, R2O3%), так и по изменению молекулярных отношений SiO2 : R2O3. По количеству подвижных (доступных для питания растений) соединений азота, фосфора, калия оценивают естественное плодородие почв. Содержание этих соединений выражают в милиграммах на 100 г сухой почвы. На основании данных о содержании подвижных соединений азота, фосфора, калия определяются нормы внесения минеральных удобрений – аммиачного азота, калийных и фосфорных удобрений. В аридных районах в почвах часто накапливаются водно-растворимые соли минеральных кислот, таких, как угольная (Na2CO3, CaCO3, MgCO3, NaHCO3), соляная (NaCl, СаСl2, MgCl2), серная (Na2SO4, CaSO4, MgSО4) и др. уже кислоты. По степени растворимости в воде простые соли делятся на мало-, средне- и легкорастворимые. Малорастворимые соли в почвах – MgCO3 и СаСO3 – карбонаты кальция и магния, среднерастворимая соль – CaSO4 2Н2O – гипс, остальные соли относятся к легкорастворимым. Легкорастворимые соли в концентрациях более 0,25% токсичны для растений. 7 

 

Обычно в профиле незасоленных почв соли распределяются в соответствии с их растворимостью. Легкорастворимые соли выносятся за пределы почвенного профиля, среднерастворимая соль – гипс, появляется на значительной глубине (150-200 см), и несколько выше по профилю залегают малорастворимые соли – карбонаты. Глубина и характер выделения солей учитываются при диагностике почв. В засолённых почвах легкорастворимые соли подтягиваются к поверхности. Морфологически засоление почв определяют в поле по выцветам легкорастворимых солей. Степень засоления почв определяется в лабораторных условиях путем анализа водной вытяжки. Для получения последней навеску почвы заливают определенным количеством специально очищенной воды и взбалтывают – легкорастворимые соли переходят в раствор. В полученном растворе определяют общее содержание солей по величине плотного остатка и состав солей. Содержание в почвах карбонатов также является диагностическим признаком. В поле глубину залегания невидимых на глаз выделений карбонатов определяют элементарной химической реакцией. На небольшой образец почвы наносят несколько капель разбавленной минеральной кислоты. Обычно применяют 5-10%-ю соляную кислоту. В случае присутствия карбонатов в почве протекает реакция между ними и кислотой с выделением пузырьков углекислоты, происходит так называемое вскипание почвы. При невысоком содержании карбонатов отмечается лишь слабое потрескивание. Наряду с химическими свойствами важную роль в жизни почвы играют ее водно-физические свойства, такие, как водопроницаемость, влагоёмкость, аэрация почвы и др. Аэрация почвы в большей степени зависит от поступления воздуха, особенно кислорода, из атмосферы в поры почвы. Приток воздуха определяется в значительной мере порозностью почвы, т. е. объемом пор, заполненных почвенным воздухом (или почвенным раствором). Поступление влаги в почву складывается из впитывания при частичном заполнении пор водой и фильтрации воды. Совокупность этих явлений объединяется понятием «водопроницаемость почвы». По скорости впитывания воды различают почвы хорошо-, средне- и слабоводопроницаемые. Фильтрация почвы, т. е. ни8 

 

сходящее передвижение влаги в почве или грунте при заполнении всех пор водой, зависит от многих факторов: механического состава, водопрочности агрегатов, плотности, сложения. Количество воды, характеризующее водоудерживающую способность почвы, называют влагоёмкостью. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почве, различают максимальную адсорбционную влагоемкость (влага, которая удерживается па поверхности частиц под действием сорбционных сил), капиллярную (запас воды, удерживаемый капиллярными силами), наименьшую (полевую) и полную влагоемкость или водовместимость (содержание воды в почве при заполнении всех пор водой). С капиллярной влагоёмкостью связано важное в агрономической науке понятие капиллярной каймы. Капиллярной каймой называется весь слой влаги между уровнем грунтовых вод и верхней границей фронта смачивания почвы. Наименьшая (полевая) влагоёмкость – это количество влаги, которое сохраняется в почве (или грунте) при отсутствии капиллярного подтока после стенания избыточной гравитационной воды. Это максимальное количество воды, удерживаемое почвой в естественных условиях при отсутствии испарения и притока воды извне. Влагоёмкость почвы зависит от механического, химического, минералогического состава почвы, ее плотности, пористости и т. д. Аэрация, водопроницаемость, влагоёмкость и другие воднофизические свойства почвы являются важными почвенными характеристиками, влияющими на плодородие почвы, её хозяйственную ценность Несомненно при выполнении лабораторных работ важно обязательно обращаться и к рекомендуемой литературе. Лабораторная работа № 1 Гранулометрический (механический) состав почв  Исходные материалы: карточки с данными анализов гранулометрического состава почв, миллиметровая бумага, шкала классификации почв по гранулометрическому составу.  Цель работы: научиться обрабатывать данные анализов и давать основное и дополнительное название почвы по характеру 9 

 

гранулометрического состава. Освоить некоторые способы графического изображения гранулометрического состава почв. Значение гранулометрического (механического) состава в почвообразовании известно давно. Гранулометрический состав как важный признак положен в выделение одной из таксономических единиц классификации почв – разновидности. Во многих работах (В.Ф. Вальков, Ф.Я. Гаврилюк, Н.А. Качинский, С.И. Тайчинов, Н.Ф. Тюменцев и др.) подчеркивается агроэкологическая роль гранулометрического состава, определяющего плодородие почв. Все характеристики почв (агроэкологическая, агрофизическая, мелиоративная) принято проводить на основе содержания в них физической глины (частицы размером менее 0,01 мм). Почвы в зависимости от условий образования и характера почвообразующих пород имеют различный механический состав. В них всегда есть частицы различной величины – от нескольких миллиметров до микронов и миллимикронов. Под механическим (гранулометрическим) составом почв и грунтов подразумевают относительное содержание частиц различной величины. Это содержание обычно выражают в весовых процентах, высушенной при 105°С почвы. Отдельные частицы почвы, то есть отдельные зерна минералов и обломки горных пород, называются механическими элементами. Элементарные частицы объединяются в группы частиц, диаметр которых лежит в строго определенных пределах. Каждая из таких групп называется механической фракцией почвы. Таблица 1

Классификация механических фракций почвенной массы по Н.А. Качинскому Размер механических фракций, мм >3 3-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 0,001-0,0001  '     '     % ,     7   ,     -     7     ,       ">  '!+$ + !' ,     !,  ' +      %  "!$ .., !' (..  "       : 7    7  !  « "       ». – :    , 2013. – 273 . ISBN 978–601–247–971–3 9 7       " ' ; !' . )*+ .. AB +     $      '   !  C#: 7  . – :    , 2013. – 180 . ISBN 978-601-247-997-3 D7        $    -   +  +   + AB, +   >" $  "7!$     " > +  ! , AB +  +  +      +.

E